- 文献综述(或调研报告):
对膨胀显微镜发展现状的调研报告
摘要:
膨胀显微技术(ExM)是近年来发展起来的一种超分辨成像方法,本文介绍了ExM的技术原理,以及近年来研究者们发现的3种改良技术:蛋白质保留的ProExM技术,将STED与膨胀显微技术相结合的Ex-STED技术、以及多次膨胀的iExM技术。通过对这些技术进行调研,总结膨胀纤维技术的发展前景。
关键词:膨胀显微技术ExM;ProExM;Ex-STED;iExM;
- 简介
分辨率一直是显微镜很重要的一个参数,随着研究的深入,对显微镜的分辨率要求也越来越高。对于光学显微镜而言,如何突破衍射极限,提高分辨率一直是研究者们关注的焦点。在2016年,MIT的研究团队[1]通过一种巧妙的方法,即膨胀放大样品,来实现高分辨率成像,这种技术称作膨胀显微镜技术(ExM)。之后几年里,关于膨胀显微镜技术的研究一直在不断发展着[1]-[14],研究者们不断地探究其应用以及改进方法。
膨胀显微镜膨胀显微术是通过物理膨胀放大样品本身来提高图像分辨率,而不是对显微镜的结构进行改造,这是与传统超分辨显微镜最大的不同点,因此该方法可以使得用普通光学显微镜实现突破衍射极限的超分辨成像。
该成像技术具有两方面的优点:一方面,膨胀显微的过程为细胞内的关键结构提供了标定,如细胞器、细胞骨架等。通过这种显微镜方法,我们不仅能使用普通光学显微镜观察到更小的物体,而且可以观察到更多的生物分子结构。另一方面,该方法的成本低廉,相比于购买高分辨显微镜,这种方法成本更低。因此,该技术具有广大的发展前景。
- 膨胀显微镜的技术原理
2.1 膨胀显微原理
传统光学显微镜的衍射极限通常在波长的一半,约200nm,即小于这个尺度的样品无法在传统光学显微镜下观测。比起其他的超分辨显微技术,如基于特殊强度分布照明光场的STED显微技术和基于基于单分子成像和定位的方法的PALM显微技术,这项技术从思路上进行了一个转变,不是在成像时增大仪器的分辨率,而是在成像前设法放大样品本身。
膨胀显微镜的原理在于用凝胶溶液包裹生物样品,使样品进行各向同性的物理膨胀,使得样品内部的结构可以等比例进行放大。这样一来,只需要普通的光学显微镜即可观察这一样品,且最终分辨率可以达到65nm,极大地突破了光学衍射极限[8]。
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